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底板突水危险性评价研究进展

煤炭科学技术 2024年第S01期52卷 183-191页

作者：姚辉尹慧超尹尚先侯恩科毕梦连会青夏向学梁满玉西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 华北科技学院河北省矿井灾害防治重点实验室北京101601 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 防灾科技学院信息工程学院北京101601 华北科技学院安全工程学院北京101601

回顾了煤层底板突水危险性评价的发展历程,提出其危险性评价的体系:指标(指标体系的建立)—方法(评价方法的选取)—工具(处理工具的革新),并对3个环节进行总结。指出指标体系的发展不再是因素集的扩充,而是因素与因素之间非线性关系的... 详细信息

回顾了煤层底板突水危险性评价的发展历程,提出其危险性评价的体系:指标(指标体系的建立)—方法(评价方法的选取)—工具(处理工具的革新),并对3个环节进行总结。指出指标体系的发展不再是因素集的扩充,而是因素与因素之间非线性关系的处理以及对以开采条件及地质条件为两大基本要素集的化繁为简;将现有方法依据处理数据的逻辑分为3类:以数据的基础信息为基准,将原始数据对评价对象所产生的大小、高低、优劣性影响进行考量、排序及综合形成评价结果的第一类方法;对数据列进行人工评判、加工分析、拓展和延伸,挖掘数据的潜在信息,并形成最终评价结果的第2类方法;整理具有相同指标的数据集,通过数据信息处理技术发现数据间的共有信息,从而获得最终评价结果的第3类方法。指出未来评价方法的发展方向一方面是对突水系数法的传承,修正其在厚、巨厚、极薄隔水层的不良表现,另一方面是对机器学习新型方法的创新,对其本身及组合模型进行开发与应用。提出了处理工具所需实现的三大目标:矿井立体化模型的建立、评价结果的动态化演示、“定位、定量、定概率”三定指标的实现。分别探讨了三者面临的问题并阐述具体解决手段。在上述基础上,总体阐明了煤层底板突水危险性评价体系各环节的研究展望。

关键词：带压开采底板突水危险性评价突水系数神经网络

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底板突水预测模型的影响因素分析

武汉大学学报（信息科学版） 2013年第2期38卷 153-156,247页

作者：祁春燕邱国庆张海荣武汉市住房保障和房屋管理局武汉市高雄路166号430015 中国矿业大学环境与测绘学院徐州市大学路1号221008 解放军理工大学工程兵工程学院南京市海福港1号210007

通过复合分析方法建立煤矿底板突水模型,对突水模型的不确定性进行分析,衡量复合分析中各因素对底板突水危险性分区结果的影响,并通过灵敏度分析对引起分区面积变化的因素进行排序,实验得出等效厚度的计算是影响结果的主要因素,可以为... 详细信息

通过复合分析方法建立煤矿底板突水模型,对突水模型的不确定性进行分析,衡量复合分析中各因素对底板突水危险性分区结果的影响,并通过灵敏度分析对引起分区面积变化的因素进行排序,实验得出等效厚度的计算是影响结果的主要因素,可以为矿山水害防治提供科学的决策依据。

关键词：不确定性底板突水复合分析灵敏度分析

基于分区变权模型的煤层底板突水脆弱性评价--以开滦蔚州典型矿区为例

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煤炭学报 2013年第9期38卷 1516-1521页

作者：武强李博刘守强曾一凡中国矿业大学北京煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083

在解决煤层底板突水预测预报评价难题时,传统的常权模型存在固定权重不能反映各主控因素指标值在突变情况下及各主控因素之间组合关系的变化,以及因素权重也应随之变化的情况。为此,笔者将分区变权理论引入底板突水脆弱性预测评价中,构... 详细信息

在解决煤层底板突水预测预报评价难题时,传统的常权模型存在固定权重不能反映各主控因素指标值在突变情况下及各主控因素之间组合关系的变化,以及因素权重也应随之变化的情况。为此,笔者将分区变权理论引入底板突水脆弱性预测评价中,构建了符合煤层底板突水预测评价问题变化规律的分区状态变权向量及分区变权模型。同时以开滦蔚州典型矿区为例,应用分区变权模型对目标煤层底板突水脆弱性进行了预测评价,并和传统常权模型下的预测评价结果进行对比分析,结果证明变权模型的预测评价效果更好。

关键词：底板突水脆弱性评价分区变权模型权重状态变权向量

基于微震监测的董家河煤矿底板突水通道孕育机制

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煤炭学报 2019年第6期44卷 1846-1856页

作者：原富珍马克庄端阳王振伟孙兴业大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116023 大连理工大学岩石破裂与失稳研究中心辽宁大连116024 北方工业大学土木工程学院北京100144

针对董家河煤矿工作面断层突水问题,通过构建工作面微震监测系统,对断层区域底板岩体微破裂信息进行分析,再现了过断层前后底板岩体微破裂萌生演化过程。同时将微破裂信息和岩石破裂过程分析系统RFPA2D结合,研究底板断层围岩导水裂隙带... 详细信息

针对董家河煤矿工作面断层突水问题,通过构建工作面微震监测系统,对断层区域底板岩体微破裂信息进行分析,再现了过断层前后底板岩体微破裂萌生演化过程。同时将微破裂信息和岩石破裂过程分析系统RFPA2D结合,研究底板断层围岩导水裂隙带发育过程中应力场的变化规律。结果表明:①根据微震事件分布结果分析,工作面位于断层前方85 m时,底板断层开始发生微破裂。过断层前断层附近底板微破坏深度达到25 m,底板具有分段局部破坏特征;过断层后,最大微破坏深度为35 m,微破裂逐渐贯通。②基于微震能量密度分布结果分析,过断层前高能量密度集中区走向长度约15m,位于煤层下方5~25m,而紧邻煤层的5m范围内的断层仍处于稳定状态。过断层后高能量密度区向上盘采空区及深部扩展,沿工作面走向扩展至上盘采空区约80 m范围内,深度方向扩展至煤层下方约35 m。③基于微震监测和数值模拟结果分析底板岩体破坏过程,将底板突水通道扩展过程分为过断层前和过断层后两个阶段,过断层前煤层下方25 m附近断层围岩首先发生微破裂,并沿断层向上扩展,煤层下方5~25 m发生局部微破裂但并未形成贯通;过断层后微破裂自上而下扩展并逐渐贯通,形成突水通道。④基于数值模拟断层应力演化规律分析,过断层前,断层剪应力为负值且逐渐减小,断层上盘有向下滑移趋势,深度越大剪应力越快达到最大,围岩自下而上发生压剪破坏。工作面位于断层附近时,剪应力方向迅速反转并达到最大,断层上盘在承压水作用下有上升趋势,围岩自上而下发生拉破坏且逐渐贯通形成导水通道。

关键词：底板突水微震监测断层 RFPA2D

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深部开采底板突水灾变模式及试验应用

煤炭学报 2018年第1期43卷 219-227页

作者：郭惟嘉张士川孙文斌陈军涛山东科技大学矿业与安全工程学院山东青岛266590 山东科技大学矿山灾害预防控制教育部重点试验室山东青岛266590

深部采场高地应力、高岩溶水压和强开采扰动条件使得底板突水相比浅部采场形成特定构造、水-岩-应力及采掘工程相互作用影响下的复杂岩体水力学问题。基于不同地质构造受采动影响特征及其诱发煤层底板突水机理,将深部开采底板突水灾变... 详细信息

深部采场高地应力、高岩溶水压和强开采扰动条件使得底板突水相比浅部采场形成特定构造、水-岩-应力及采掘工程相互作用影响下的复杂岩体水力学问题。基于不同地质构造受采动影响特征及其诱发煤层底板突水机理,将深部开采底板突水灾变模式划分为完整底板裂隙扩展型、原生通道导通型和隐伏构造滑剪型3种类型,并分析了对应的突水判据。研究认为完整底板裂隙扩展型归结于承压水影响下裂隙扩张造成彼此贯通引发承压水导升高度大于有效隔水层厚度,原生通道导通型归结于构造活化引发局部位移扩展与保护煤柱底板压缩区连通裂隙发生沟通,隐伏构造滑剪型归结于构造上方断面岩层失稳发生剪切破坏造成承压水以最短距离涌入采空区。利用深部采动高水压底板突水相似模拟试验系统探寻了3种突水灾变模式下突水通道的时空演变过程,验证了突水判据的准确性。

关键词：深部开采底板突水灾变模式突水判据

煤层底板突水脆弱性评价的GIS与ANN耦合技术

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煤炭学报 2006年第3期31卷 314-319页

作者：武强庞炜戴迎春俞佳中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083 北京市地质研究所北京100011

以鹤壁十矿矿区为例,在分析其自然地理、区域构造、区域水文地质条件、矿井突水灾害条件的基础上,根据研究区的水压、断裂构造、隔水层(厚度、岩性组合、矿压)、岩溶发育以及第三系底部黏土隔水层等控制煤层底板突水脆弱性因素在空间区... 详细信息

以鹤壁十矿矿区为例,在分析其自然地理、区域构造、区域水文地质条件、矿井突水灾害条件的基础上,根据研究区的水压、断裂构造、隔水层(厚度、岩性组合、矿压)、岩溶发育以及第三系底部黏土隔水层等控制煤层底板突水脆弱性因素在空间区域上的变异特征,以地理信息系统(GIS)的空间数据统计、分析功能为操作平台,建立各控制因素的子专题层图;针对现有底板突水预测模型的不足,应用非线性的人工神经网络(ANN)技术确定了各主控因素的权重系数;在此基础上,应用GIS与ANN耦合技术,经过模型识别,建立了煤层底板突水脆弱性分区评价模型;根据模型计算的研究区各结点底板突水脆弱性指数的累计频数统计直方图,确定出各分区的阈值,并对底板突水脆弱性指数的各主控因素进行了灵敏度分析.

关键词：底板突水脆弱性指数耦合技术突水灵敏度分析

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采动底板突水危险性的结构体系可靠度分析

中国矿业大学学报 2014年第6期43卷 995-1002页

作者：鲁海峰姚多喜安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083

提出采用结构体系可靠度方法研究岩体参数以及荷载等随机性因素对煤层底板抗突水能力的影响.为求出底板抗突水的体系可靠概率,总结了底板的2种不同失效模式:1)底板破坏深度和承压水导升高度之和大于等于底板总厚,即无有效隔水层;2)当底... 详细信息

提出采用结构体系可靠度方法研究岩体参数以及荷载等随机性因素对煤层底板抗突水能力的影响.为求出底板抗突水的体系可靠概率,总结了底板的2种不同失效模式:1)底板破坏深度和承压水导升高度之和大于等于底板总厚,即无有效隔水层;2)当底板存在有效隔水层时,有效隔水层强度不足失去承载能力.将这两种失效模式视为串联体系.依据弹性力学固支梁等理论分别建立了2种不同失效模式的功能函数,由Monte Carlo法计算出各单一失效模式以及串联体系的可靠概率,在此基础上分析了随机变量均值、变异系数对可靠概率的影响.研究结果表明,岩体参数以及荷载等随机性因素对底板抗突水能力的影响较大,可同时采用突水系数和可靠概率作为底板突水危险性的评价指标,判定结果将更为准确和全面.

关键词：底板突水结构体系可靠度固支梁 Monte Carlo

煤层底板突水变权评价中变权区间及调权参数确定方法

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煤炭学报 2016年第9期41卷 2143-2149页

作者：武强李博中国矿业大学(北京)国家煤矿水害防治工程技术研究中心北京100083 贵州大学喀斯特环境与地质灾害防治重点实验室贵州贵阳550000 贵州大学资源与环境工程学院贵州贵阳550000

基于变权理论的煤层底板突水脆弱性评价模型可以解决传统常权脆弱性评价模型中存在的固定权重不能反映突水主控因素指标值内部差异性对评价结果造成的影响。但是利用变权模型对煤层底板突水评价中变权区间阈值及调权参数的确定目前尚没... 详细信息

基于变权理论的煤层底板突水脆弱性评价模型可以解决传统常权脆弱性评价模型中存在的固定权重不能反映突水主控因素指标值内部差异性对评价结果造成的影响。但是利用变权模型对煤层底板突水评价中变权区间阈值及调权参数的确定目前尚没有统一的分析确定方法,变权区间和调权参数决定了变权模型对研究区主控因素的哪些指标值采取何种幅度的权重调整。针对这两个亟待解决的问题,根据煤层底板突水各主控因素指标值在空间分布上存在差异,但也具有一定的相似性的特征,利用聚类分析方法对各主控因素变权区间阈值进行了确定,同时也对变权评价模型中的调权参数确定探索性提出一种能够满足决策者决策偏好的可行性方法。在此基础上以山东省兴隆庄矿为例进行求解说明和效果验证。

关键词：变权理论底板突水脆弱性评价变权区间阈值调权参数

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基于主应力状态转换的采场底板突水机理分析

采矿与安全工程学报 2023年第4期40卷 691-703页

作者：董书宁柳昭星王皓中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710054 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710077

为揭示采场底板突水过程中主应力状态转换与水压共同作用机理,笔者采用理论分析、室内试验和数值计算等手段,研究了煤层底板采动应力扰动突水判据、饱和岩层损伤试验特征、主应力转换特征。结果表明:基于采动底板岩层扰动程度判别指标... 详细信息

为揭示采场底板突水过程中主应力状态转换与水压共同作用机理,笔者采用理论分析、室内试验和数值计算等手段,研究了煤层底板采动应力扰动突水判据、饱和岩层损伤试验特征、主应力转换特征。结果表明:基于采动底板岩层扰动程度判别指标、底板起裂压力阈值判别指标和底板含水层失稳判别指标得到的采动底板突水判据阈值为1;底板灰岩试样损伤在卸压后存在明显的延迟效应,而在失稳时产生应力跌落现象;采空区前后底板最大主应力由水平应力转换为垂直应力。底板卸荷后,最大主应力又从垂直应力转换为水平应力。采动底板最大与最小主应力差值在不同深度呈现不同分布特征,但总体均增大,且集中在采空区前后煤壁附近。

关键词：底板突水采动应力状态应力路径突水判据